DE19612412B4

DE19612412B4 - Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem

Info

Publication number: DE19612412B4
Application number: DE19612412A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold; Egon Eisenbacher; Franz Pawellek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: DE19612412A1; US6293253B1

Abstract

Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, mit der der Druck in einer gemeinsamen, von einer Hockdruckpumpe gespeisten Hochdruckleitung (12; 312; 412; 512), an die einzelne Verbraucher, insbesondere Einspritzdüsen angeschlossen sind, entsprechend der momentanen Druckfluidanforderung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Systems, insbesondere der Dieselbrennkraftmaschine eingeregelt wird, wobei der Hockdruckpumpe (10; 310; 410; 510) zur Anpassung des Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den Druckfluidbedarf der Verbraucher eine Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung zugeordnet ist, die zumindest ein Stellelement hat, welches mittels eines die momentane Druckfluidversorgungssituation in der gemeinsamen Hochdruckleitung wiedergebenden Stellsignals (P28B) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal von einer physikalischen Größe abgeleitet ist, die sich entsprechend dem Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung (28; 128; 228; 328; 428; 528) eines an die gemeinsame Hochdruckleitung (12; 212; 312; 412; 512) angeschlossenen, vorzugsweise einstellbaren Druckbegrenzungsventils (30; 130; 230; 330; 430; 530) verändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Regelung dieser Art ist beispielsweise aus dem Dokument EP 0 299 337 A2 bekannt geworden. Hier findet als Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung eine in der Saugleitung der Hochdruckpumpe liegende Saugdrossel Anwendung, die entsprechend dem Druckfluidbedarf der Verbraucher so eingestellt wird, daß die Hochdruckpumpe nur die tatsächlich benötigte Druckfluidmenge in die gemeinsame Hochdruckleitung, d.h. die Common-Rail fördert. Man spricht in diesem bekannten Fall von einer Saugdruckregelung, die wie folgt arbeitet:
In der gemeinsamen Hochdruckleitung, d.h. der Common-Rail, ist ein Drucksensor vorgesehen, dessen Drucksignal auf eine in der Regel elektronisch arbeitende Steuereinheit gegeben und dort mit einem von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine festgelegten Sollwert verglichen wird. Entsprechend der Regeldifferenz wird ein Stellsignal abgegeben, das die Saugdrossel so lange verstellt, bis der Soll-Druckwert in der Common-Rail erreicht wird.

Mit der bekannten Saugdrosselregelung ist somit eine verhältnismäßig aufwendige Drucksensorik und eine entsprechende Elektronik verbunden, die – wie sich herausgestellt hat – für bestimmte Anwendungsbereiche dennoch ein unzureichendes Ansprechverhalten und eine zu geringe Regelgeschwindigkeit hat. Diese mangelnde Dynamik zeigt sich im bekannten Fall insbesondere dann, wenn der Druck in der Common-Rail extrem schnell abgebaut werden muß. In diesem Fall kann zwar das Saugdrosselventil schnell geschlossen werden, der Hochdruckbereich, d.h. die Common-Rail-Leitung kann jedoch nur als Folge von Leckagemengen bzw. Resteinspritzmengen entlastet werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die sich bei Vermeidung einer aufwendigen Drucksensorik durch eine verbesserte Regelungsdynamik insbesondere beim Zurückfahren des Drucks in der Common-Rail auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Druck in der gemeinsamen Hochdruckleitung, d.h. der Common-Rail über ein Hochdruck-Druckbegrenzungsventil, vorzugsweise in der Ausgestaltung als elektrisch angesteuertes Druckbegrenzungsventil abgesichert. Das Stellsignal zur Beaufschlagung des Stellelements der Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung wird von einer physikalischen Größe abgeleitet, die sich entsprechend dem Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung des vorzugsweise einstellbaren Druckbegrenzungsventils verändert. Dieses Stellsignal wirkt ebenso wie das Stellsignal der Drucksensorik im Stand der Technik im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung, jedoch mit dem besonderen Vorteil, daß die Regelstrecke wesentlich kürzer gehalten werden kann. Es gelingt somit allein mit dem einstellbaren Druckbegrenzungsventil, das vorzugsweise als Porportional-Druckventil ausgebildet wird, den Druck in der Common-Rail zu kontrollieren und durch das abgeleitete Stellsignal in der Ablaufleitung die von der Hochdruckpumpe in die Common-Rail gespei ste Druckfluid- bzw. Kraftstoff-Überschußmenge so zu begrenzen, daß die energetischen Verluste möglichst klein gehalten werden.

Der besondere Vorteil der Regelung liegt dabei in der höheren Dynamik, da das Zurückregeln der Pumpe gleichzeitig mit der Aufsteuerung des Druckbegrenzungsventils erfolgt. Mit anderen Worten, der Druckabbau in der Common-Rail wird nicht mehr nur als Folge von abströmenden Leckagemengen bzw. Resteinspritzmengen durchgeführt, sondern aktiv durch das einstellbare Druckbegrenzungsventil. Dabei ergibt sich gleichzeitig eine höhere Sicherheit für den Fall, daß in der Common-Rail Probleme auftreten sollten, beispielsweise beim Auftreten eines Notfalls am System wie z.B. beim Klemmen einer Einspritzdüsennadel oder einem ähnlichen Vorfall. Wenn in einem solchen Fall das Druckbegrenzungsventil aufgesteuert wird, läßt sich durch die abströmende Fluidmenge ein entsprechendes Stellsignal vorzugsweise in der geeigneten Verstärkung erzeugen, so daß die Hochdruckpumpe schlagartig auf ein minimales Fördervolumen zurückgefahren wird. Gefahrensituationen können somit mit der erfindungsgemäßen Regelung ebenfalls sehr schnell entschärft werden. Auf der anderen Seite sind Druckaufbauzeiten erzielbar, die mit Systemen mit Saugdruckregelungen ohne weiteres vergleichbar sind.

Es hat sich gezeigt, daß mit einem einstellbaren Druckbegrenzungsventil, insbesondere in der Ausgestaltung als elektrisch angesteuertes Druckbegrenzungsventil ein sehr gutes Ansprechverhalten der Regelung realisierbar ist, weil an einem solchen Druckbegrenzungsventil ein direkter Kraftvergleich zwischen Druck- und Magnetkraft vorgenommen wird. Durch eine geeignete Anpassung des Stellsignals des Druckbegrenzungsventils an die Öffnungscharakteristik und/oder an die Erzeugung des Stellsignals läßt sich das Verhalten der Regelung optimieren, um so beispielsweise eine von der Hochdruckpumpe geförderte Fluid-Überschußmenge auf einem vernachlässigbar kleinen Wert zu halten.

Vorteilhafterweise ist das Druckbegrenzungsventil als Proportional-Regelventil ausgeführt. Ersatzweise kann jedoch auch mit Hilfe einer entsprechenden Elektronik eine nicht proportionale Kennlinie des Drucks zum Steuerstrom korrigiert werden, wobei dann auch ein Druckbegrenzungsventil mit nicht linearer Charakteristik verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Regelungsprinzip läßt sich mit verschiedensten Stellsignalen verwirklichen. Eine besonders einfache Art der Regelung ergibt sich jedoch dann, wenn das Stellsignal von einem Staudruck stromauf einer Staudrossel in der Ablaufleitung abgeleitet ist, was Gegenstand des Anspruchs 2 ist. Mit dieser Weiterbildung läßt sich die Dynamik der Regelung auf einem sehr hohem Niveau halten, weil sich über den Staudruck das Stellsignal mit guter und anpaßbarer Verstärkung auf die Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung geben läßt.

Die Regelung eignet sich darüber hinaus für verschiedenste Ausgestaltungen der Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung. Eine erste Variante ist Gegenstand der Ansprüche 5 bis 10. Wenn die Saugdrosseleinrichtung eine der Anzahl der Verdränger der Hochdruckpumpe entsprechende Zahl von Saugventilen aufweist, läßt sich die Fördermenge der Pumpe an den Bedarf des Einspritzsystems leicht anpassen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, die einzelnen Saugventile gleichzeitg anzudrosseln. Mit der sequentiellen Ansteuerung der Saugventile gemäß Anspruch 8 ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten der Feinanpassung an den aktuellen Fördermengenbedarf für die Common-Rail.

Eine weitere Variante für die Ausgestaltung der Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung ist Gegenstand der An sprüche 11 bis 15. Hier kann das Stellsignal, beispielsweise der Staudruck stromauf einer Staudrossel in der Ablaufleitung dazu herangezogen werden, einen Verdränger oder mehrere Verdränger einzeln wegzuschalten. Dies kann durch ein einzelnes Schaltventil geschehen, das unmittelbar den Zulauf zum entsprechenden Verdränger sperrt, oder aber durch ein Betätigungselement, das über einen Stößel direkt auf einen Schließkörper des Saugventils des betreffenden Verdrängers einwirkt und diesen Schließkörper permanent offenhält, so daß dieser Verdränger keine Verdrängungsleistung mehr erbringt. Auch bei dieser Variante können die einzelnen Stellelemente sequentiell auf das Stellsignal ansprechen, wodurch sich insbesondere beim Pumpen mit einer Vielzahl von Verdrängerkolben ein größerer Spielraum für die genaue Einstellung des Verdrängsungsvolumens ergibt.

Die Fluidmengenförder-Begrenzungseinrichtung kann auch dadurch bereitgestellt werden, daß eine die Hochdruckpumpe speisende Vorförderpumpe entsprechend verstellt wird, was Gegenstand der Ansprüche 16 und 17 ist.

Die Weiterbildung der Regelung nach Anspruch 18 hat den besonderen Vorteil, daß die einstellbare Ablaufblende bei einfachem Aufbau zusätzlich die Funktion eines Sicherheitsventils übernehmen kann, mit dem für den Fall, daß der Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung zu groß werden sollte eine schnelle Druckentlastung der Common-Rail sichergestellt werden kann. Diese Variante ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn das Stellsignal vom Staudruck stromauf einer Staudrossel in der Ablaufleitung abgeleitet ist. In diesem Fall ist gemäß Anspruch 20 lediglich am Steuerkolben der Ablaufblende eine zusätzliche Steuerkante vorzusehen, über die die Ablaufleitung des Druckbegrenzungsventils weitgehend frei von einer Drosselung kurzfristig in einen Niederdruckbereich entlastbar ist.

Wenn im Bypass zu einer Vorförderpumpe ein Sicherheitsventil angeordnet wird, zu dem eine Blende parallel geschaltet ist, ergibt sich eine vorteilhafte Beeinflussung der Regelung der Vorförderpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies eröffnet die Möglichkeit einer feineren Druckregelung insbesondere in Verbindung mit der Fludifördermengen-Begrenzungseinrichtung nach den Ansprüchen 18 bis 20. Insbesondere in Kombination mit der Regelung nach den Ansprüchen 18 bis 20, d.h. in Kombination mit einer staudruckgesteuerten Ablaufblende ergibt sich eine spürbare Verbesserung der Regelungsgenauigkeit.

Das die momentane Druckversorgungssituation in der gemeinsamen Hochdruckleitung (Common-Rail) wiedergebende Stellsignal kann dem Staudruck unmittelbar entsprechen; es ist jedoch gleichermaßen möglich, dieses Stellsignal mittels eines Niederdrucksensors in der Ablaufleitung zu gewinnen. Das Sensorsignal wird dann entsprechend ausgewertet, um entsprechende Verstellelemente auf der Saugseite der Pumpe oder entsprechende einzelne Regelelemente bzw. Stellelemente an den Verdrängern der Pumpe zu bedienen. Ein derartiger Niederdrucksensor ist preisgünstiger und weniger sensibler als ein Drucksensor für die Common-Rail und läßt sich gleichsam effektiv für eine Regelung des Systems mit hoher Dynamik einsetzen.

Wenn das Stellsignal von der Temperatur in der Ablaufleitung abgeleitet ist, kann das Stellsignal mittels eines Dehnstoffthermostats gewonnen werden, d.h. mittels eines Thermofühlers mit einem Wachselement. Der Hub des Eingangsgliedes des Thermofühlers kann als Stellgröße zur Beeinflussung des Saugdrosselventils bzw. anderer Stellelemente zur Veränderung des Fluidfördervolumens herangezogen werden. In diesem Fall ist keine Staudrossel nötig.

Das Stellsignal kann schließlich von einer Bewegungsgröße, beispielsweise vom Hub des Druckbegrenzungsventils abgeleitet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

1 einen Hydraulikschaltkreis zur Regelung eines Druckfluid-Versorgungssystems insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine mit der Druck in der von einer Hochdruckpumpe gespeisten Common-Rail entsprechend der momentanen Druckfluidanforderung regelbar ist, mit einer ersten Ausführungsform einer Druckfluidmengen-Begrenzungseinrichtung und einer ersten Ausgestaltung für die Ableitung eines die momentane Druckfluid-Versorgungssituation in der Common-Rail wiedergebenden Stellsignals;

2 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer weiteren Variante der Stellsignalverarbeitung zur Verstellung der Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung;

3 in einer der 2 entsprechenden Darstellung ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung einer weiteren Variante für die Gewinnung eines Stellsignals, das die momentane Druckfluid-Versorgungssituation in der Common-Rail wiedergibt;

4 anhand eines schematischen Schnitts durch die Hochdruckpumpe eines weitere Ausführungsform der Stellsignalverarbeitung zur Regelung des Drucks in der Common-Rail;

5 in einer der 1 entsprechenden Darstellung eine weitere Variante der Stellsignalverarbeitung; und

6 in einer der in 1 und 5 entsprechenden Darstellung eine weitere Variante des. Regelkreises für den Hochdruck in der Common-Rail mit einer abgewandelten Ausführungsform zur Gewinnung des Stellsignals zur Beeinflussung der Fluidfördermenge.

In 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Hochdruckpumpe bezeichnet, die beispielsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet und in der Lage ist, extrem hohe Drücke in einer Hochdruckleitung 12 aufzubauen, die zu der sogenannten "Common-Rail" eines Kraftstoff-Einspritzsystems führt. Die Hochdruckpumpe 10 ist ähnlich einer Radialjetpumpe aufgebaut, d.h., sie ist in der Lage, bei gleichbleibendem Hub und in Anhängigkeit von der Druckfluidversorgung eine veränderliche Förderleistung zu erbringen. Die Hochdruckpumpe wird versorgt von einer Vorförderpumpe 14, d.h. einer Niederdruckpumpe, die Druckfluid, d.h. Kraftstoff aus einem Tank 16 ansaugt. Die Vorförderpumpe 14 ist mittels eines Druckbegrenzungsventils (5 Bar Ventil) 18 abgesichert. Die entsprechende, über die Vorförderpumpe 14 führende Rücklaufleitung zum Tank ist mit 20 bezeichnet. Um den Druck in der Common-Rail, an die nicht näher dargestellt einzelne Verbraucher, insbesondere Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, entsprechend der momentanen Druckfluidanforderung, d.h. in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Systems, d.h. der Dieselbrennkraftmaschine einzuregeln, ist der Hochdruckpumpe 10 eine Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung zugeordnet, die bei der Ausführungsform gemäß 1 von einem Saugdrosselventil 22 gebildet ist. Der Saugdrosselventilkörper ist gegen die Kraft einer Feder 24 zur stetigen Verstellung eines Saugdrosselquerschnitts von einem Stellsignal in einer Leitung 26 beaufschlagt, und zwar derart, daß das Stellsignal die momentane Druckfluidversorgungssituation in der gemeinsamen Hochdruckleitung 12 bzw. in der Common-Rail CR wiedergibt. Mit anderen Worten, das Stellsignal in der Leitung 26 beaufschlagt das Saugdrosselventil 22 derart, daß die Fördermenge der Hochdruckpumpe 10 gerade so groß gehalten wird, daß sich in der Common-Rail der gewünschte, den gerade vorliegenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine entsprechende Druck einstellt. Die Besonderheit der Schaltung gemäß 1 besteht in der besonderen Art und Weise der Gewinnung des Stellsignals in der Leitung 26:
An die gemeinsame Hochdruckleitung 12 ist eine Ablaufleitung 28 angeschlossen, die drei Abschnitte, nämlich die Abschnitte 28A, 28B und 28C. In dieser Ablaufleitung ist ein Vorzugsweise einstellbares Druckbegrenzungsventil 30 angeordnet, das vorzugsweise als elektrisch angesteuertes Druckbegrenzungsventil ausgeführt ist. Die elektrische Ansteuerung erfolgt in Abhängigkeit von Betriebsparametern des zu versorgenden Systems, d.h. im vorliegenden Fall der Brennkraftmaschine. Das Druckbegrenzungsventil liegt zwischen den Leitungsabschnitten 28A und 28B. Zwischen den Leitungsabschnitten 28B und 28C liegt eine Staudrossel 32, mit der das Stellsignal in der Leitung 26 erzeugbar ist. Die Leitung 26 ist an die Ablaufleitung 28 stromauf der Staudrossel 32 angeschlossen. Damit ergibt sich, daß das Stellsignal, d.h. der Druck in der Signalleitung 26 von einer physikalischen Größe abgeleitet ist, die sich entsprechend dem Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung 28 des Druckbegrenzungsventils 30 verändert. Das Stellsignal in der Signalleitung 26 wirkt über das Saugdrosselventil 22 derart auf die Hochdruckpumpe 10 ein, daß das Saugdrosselventil den Querschnitt auf der Saugseite der Pumpe in Abhängigkeit vom anliegenden Staudruck vor der Drossel 32 im Kraftvergleich zu einer Feder mehr oder weniger stark öffnet, wodurch es möglich ist, den Druck in der Leitung 12 und damit in der Common-Rail allein über das Druckbegrenzungsventil 30, das vorzugsweise als Proportionaldruckven til ausgebildet ist, mittels des anfallenden Mengenüberschusses der Hochdruckpumpe gegenüber dem Einspritzmengenbedarf so zu kontrollieren, daß immer nur eine minimale Überschußmenge gefördert wird. Diese Überschußmenge wird über das Hochdruckregelventil, d.h. das Druckregelventil 30 abgespritzt und erzeugt stromauf der Staudrossel 32 einen Soll-Staudruck der das Stellsignal für die Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung liefert.

Mit diesem Regelungssystem ergibt sich eine hohe Dynamik, die insbesondere beim Rückregeln des Drucks in der Common-Rail besondere Vorzüge hat. Herkömmliche Saugdrosselpumpen, die darüber hinaus mit einer aufwendigen Drucksensorik in der Common-Rail arbeiten, haben das Problem, daß der Hochdruckbereich trotz schnellen abschwellens der Pumpe nicht schnell genug entlastet wird und daß sich der Druckabbau nur als Folge von Leckagemengen bzw. Resteinspritzmengen einstellt. Dem gegenüber kann das Hochdruck-Begrenzungsventil den Druck in der Common-Rail bei Bedarf sehr schnell abbauen. Dabei wird eine große Überschußmenge über das Druckbegrenzungsventil geleitet und somit ein hoher Staudruck an der Staudrossel erzeugt, der zu einem sehr schnellen Schließen des Saugdrosselventils vor der Pumpe führt und damit die Fördermenge der Pumpe schlagartig auf Null setzt. Dabei kann das vorzugsweise einstellbare Druckbegrenzungsventil, das gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als Proportional-Druckbegrenzungsventil ausgestaltet ist, gleichzeitig dazu genutzt werden, den Druck in der Common-Rail im Bedarfsfall, d.h. bei auftreten von Problemsituationen im Einspritzsystem, schlagartig abzubauen. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Staudrossel 32 mit einem Sicherheitsventil 34 zu überbrücken, das beispielsweise als vorgespanntes Rückschlagventil ausgebildet ist. Das Sicherheitsventil ist somit zwischen die Signalleitung 26 und den Abschnitt 28C der Ablaufleitung 28 geschaltet.

Die vorstehend beschriebene Regelung ist somit ohne eine aufwendige Drucksensorik in der Common-Rail in der Lage, die Energieseite derart optimal zu handhaben, daß mehr oder weniger nur die Menge in den Hochdrucktrackt gefördert wird, die effektiv als Einspritzmengenbedarf erforderlich ist. Dies führt dazu, daß auch keine unnötig große Überschußmenge unzulässig hohe Wärmemengen in den Kraftstofftank einbringt, so daß aufwendige Kühleinrichtungen entbehrlich sind.

Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist als Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung ein Saugdrosselventil 22 vorgesehen, dessen Stellelement unmittelbar vom Leitungsdruck in der Signalleitung 26 beaufschlagt ist. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, im Ventilkörper des Saugdrosselventils mit einem umgewandelten Signal zu beaufschlagen. Diese Variante ist in 2 angedeutet. Hier sind vergleichbare Elemente des Regelkreises mit ähnlichen Bezugszeichen für diejenigen Bauteile versehen, die den Komponenten der 1 entsprechen, wobei lediglich eine "1" vorangestellt ist.

Von der Ausgangsseite 128B des Druckbegrenzungsventils 130 zweigt die Signaldruckleitung 126, in die ein Niederdrucksensor 136 eingegliedert ist, dessen Ausgangssignal in einem elektrischen Schaltkreis 138 so verarbeitet wird, daß das Ausgangssignal unmittelbar auf das Stellteil 140 des Saugdrosselventils 122 gegeben werden kann. Über den Schaltkreis 138 kann mit einfachen Mitteln Einfluß auf die Regelcharakteristik des Systems genommen werden. Selbst diese Ausführungsform ist wirtschaftlich herstellbar als die Regelung des Standes der Technik, da der Niederdrucksensor preisgünstiger als eine Hochdruck-Sensorik ist.

In 2 ist mit gestrichelten Linien eine Sicherheitsventilanordnung 134 bezeichnet, die ähnlich dem Sicherheitsventil 34 gemäß 1 aufgebaut ist.

Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß das die Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung beaufschlagende Stellsignal auf andere Weise gewonnen wird. Das Stellsignal verändert sich nach wie vor entsprechend dem Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung 228, in der wiederum ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 230 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch das Saugdrosselventil 222 mittels eines Thermofühlers 242 angesteuert. Das Stellelement 244 des Thermofühlers 242 wird auch hier in Abhängigkeit von der Abspritzmengen des Druckbegrenzungsventils in dem Sinne bewegt, daß das Saugdrosselventil die Versorgungsmenge der Hochdruckpumpe derart verändert, daß nur die zur Einhaltung des Solldrucks in der Common-Rail erforderliche Fluidmenge bereitgestellt und gefördert wird.

Bei dem Thermofühler 242 handelt es sich um ein an sich bekanntes Dehnstoffelement, das von dem abströmenden Kraftstoff in der Leitung 228B umströmt wird. Zu diesem Zweck ist die Metalldose 246 zur Ausbildung eines Ringraums 247 in einem Gehäuse 248 aufgenommen, aus dem der Arbeitskolben (Stellelement) 244 ragt. Die Dehnstoffkammer ist mit 249 bezeichnet und unterliegt in Abhängigkeit von der abgespritzten Kraftstoffmenge Temperaturschwankungen, wodurch das Stellelement 244 mehr oder weniger weit aus Metalldose 246 ausgefahren wird.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, daß das Stellsignal auf eine zentrale Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung in Form einer Saugdrossel derart einwirkt, daß das Versorgungsvolumen für die Hochdruckpumpe verändert wird. Demgegenüber wird bei der Ausführungsform gemäß 4 das Stellsignal dazu genutzt, die Verdichtungsleistung der Hochdruckpumpe zu verändern. Auch bei der Ausführungsform nach 4 sind für Bauteile, die den Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, ähnliche Bezugszeichen verwendet, denen jedoch eine "3" vorangestellt ist. Die Hochdruckpumpe 310 ist als Radialkolbenpumpe mit beispielsweise 3 bis 5 Radialkolben 352 ausgebildet, die über eine Exzenterwelle 353 gesteuert sind. Kraftstoff wird über die Vorförderpumpe 314 der Hochdruckpumpe 310 zugeführt, und zwar über ein federvorgespanntes Rückschlagventil 354 zu einer Verdrängerkammer 355. Das Rückschlagventil 354 d.h. genauer gesagt der Ventilkörper des Rückschlagventils 354 ist mittels eines Nadelteils 356 eines Stellkolbens 357 aufsteuerbar und kann in der Offenstellung gehalten werden, wodurch der Verdichtungskolben 352 quasi abgeschaltet wird. Der Stellkolben 357 ist mittels einer Feder 358 in eine Richtung vorgespannt, in der das Nadelteil 356 zurückgezogen ist und das Rückschlagventil 354 in Funktion bleibt. Auf der anderen Seite der Feder 358 ist eine Signaldruckkammer 359 ausgebildet, die an die Signaldruckleitung 326 angeschlossen ist. In Übereinstimmung mit den vorher beschriebenen Ausführungsformen, zweigt die Signaldruckleitung 326 von der Ablaufleitung 328B stromauf einer Staudrossel 332 ab, d.h. zwischen der Staudrossel 332 und dem elektrisch einstellbaren Druckbegrenzungsventil 330. Wenn somit der Druck in der Hochdruckleitung 312 zu hoch wird, wird eine entsprechende Kraftstoffmenge über das Druckbegrenzungsventil 330 abgespritzt, in der Signalleitung 326 baut sich ein Signaldruck auf, der durch Verschiebung des Kolbens 357 und des Nadelteils 356 das Ventil 354 in Offenstellung hält, so daß der Verdrängerkolben 352 abgeschaltet wird. Bei der Ausführungsform nach 4 ist jedem einzelnen Verdrängerkolben 352 ein separates Stellelement 356, 357 zugeordnet, so daß die Verdrängerkolben 352 einzeln zu- bzw. abgeschaltet werden können. Dabei kann die Abschaltung auch gestaffelt, d.h. sequentiell erfolgen. Der Erfindungsgedanke wird jedoch nicht verlassen, wenn die einzelnen Stellelement synchron betätigt werden, so daß die Verdrängerkolben gleichzeitig zu- und abschaltbar sind.

Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist die Regelung in einer Modifikation dargestellt, bei der das Stellsignal auf eine abgewandelte Weise zur Begrenzung der Fluidfördermenge benutzt wird. Diese Ausführungsform entspricht weitgehend derjenigen gemäß 1, so daß auf eine nähere Beschreibung der übereinstimmenden Komponenten hier verzichtet werden kann. Es werden für vergleichbare Komponenten Bezugszeichen verwendet, denen eine "4" vorangestellt ist.

Bei dieser Ausführungsform wird das Stellsignal in der Leitung 426 auf ein Stellteil 462 einer verstellbaren Vorförderpumpe 460 gegeben, die beispielsweise im Bereich bis zu 5 Bar verstellbar ist. Diese verstellbare Vorförderpumpe kann durch eine vorgeschaltete zusätzliche Niederdruckpumpe 464 gespeist werden. Die Funktionsweise ist ansonsten vergleichbar mit derjenigen der Ausführungsform nach 1.

Schließlich wird anhand der 6 noch eine weitere Ausführungsform der Regelung beschrieben die sich durch eine besonders einfache Integration eines Sicherheitsventils in die Fluidfördermengen-Begrenzungseinrichtung auszeichnet. Auch bei dieser Ausgestaltung sind für die Komponenten, die den Elementen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen, ähnliche Bezugszeichen verwendet, denen eine "5" vorangestellt ist.

Auch hier wird eine Hochdruckpumpe 510 von einer Vorförderpumpe 514 gespeist. An die Hochdruckleitung 512 ist ein vorzugsweise proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil 530 angeschlossen. Das Druckbegrenzungsventil liegt in der Ablaufleitung 528, in der auch eine Staudrossel 532 eingebaut ist. Der Druck im Leitungsabschnitt 528 wird auch hier als Stellsignaldruck zur Veränderung der Fluidfördermenge genutzt, und zwar in folgender Art und Weise:
Der Druck am Eingang der Hochdruckpumpe 510 wirkt durch Veränderung des Strömungsquerschnitts zwischen einem Druckausgang 566 der Vorförderpumpe 514 und einer Tankleitung 568. Zu diesem Zweck ist zwischen den Druckausgang 566 und der Tankleitung 568 eine verstellbare Ablaufblende 570 geschaltet, die einen Steuerkolben 572 hat, welcher in Schließrichtung von der Kraft einer Feder 574 und in Öffnungsrichtung vom Stau- bzw. vom Signaldruck in der Leitung 528B beaufschlagt ist. Die Drosselsteuerkante der verstellbaren Ablaufblende 570 sind mit 575 und 576 bezeichnet. Der Federraum ist über eine Düse 578 druckentlastet.

Mit dem Bezugszeichen 580 ist eine zusätzliche Steuerkante bezeichnet, über die der Druck in der Signaldruckleitung 528B durch Öffnung einer Verbindung zur Tankleitung 568 abbaubar ist, wodurch die verstellbare Ablaufblende 570 ein Sicherheits- und Schnellablaßventil ausbildet.

In weiterer Abweichung von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen befindet sich im Bypass zur Vorförderpumpe 514 ein Sicherheitsventil 582 in Form eines Rückschlagventils mit federbeaufschlagtem Schließkörper, zu dem eine Blende 584 parallel geschaltet ist. Durch die Blende 584 ergibt sich eine Anpassung der Steuercharakteristik an die Drehzahl der Vorförderpumpe und damit der Brennkraftmaschine. Dies wirkt sich dahin aus, daß eine feinere Druckregelung erzielbar ist, als dies mit einer staudruckgeregelten Ablaufblende 570 allein der Fall wäre.

Selbstverständlich sind Abweichungen von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise abweichend von den Ausführungsformen der 1 bis 3 möglich, anstelle eines zentralen Saugdrosselventils 22, 122 bzw. 222 mit einer Anordnung zu arbeiten, bei der jedem Verdrängerkolben der Hochdruckpumpe ein separates Wegeventil zugeordnet ist, wobei dann der Ventilschieber die ses Wegeventils stufenlos in Abhängigkeit vom Staudruck derart verschoben wird, daß die einzelnen Verdränger durch den Staudruck und die entsprechenden Ventilschieber gedrosselt werden. Die Verdränger können dabei gleichzeitig angedrosselt werden. Es kann jedoch auch gleichermaßen eine sequentielle Androsselung nacheinander erfolgen, in dem beispielsweise die rückstellenden Federkräfte an den einzelnen Schieberelemten unterschiedlich ausgelegt werden.

Die Erfindung schafft somit eine Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssytsem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, mit der Druck in einer gemeinsamen, von einer Hochdruckpumpe gespeisten Hochdruckleitung, d.h. in der Common-Rail, an die einzelne Verbraucher angeschlossen sind, entsprechend der momentanen Druckfluidanforderung eingeregelt wird. Der Hochdruckpumpe ist zur Anpassung des Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den Druckfluidbedarf der Verbraucher, d.h. der Einspritzdüsen, eine Fluidfördermegen-Begrenzungseinrichtung zugeordnet, die zumindest ein Stellelement hat, das mittels eines die momentane Druckfluidversorgungssituation in der Common-Rail wiedergebenden Stellsignals veränderbar ist. Zur Vermeidung einer aufwendigen Drucksensorik in der Common-Rail und zur gleichzeitigen Verbesserung des Ansprechverhaltens der Regelung insbesondere beim Zurückregeln des Hochdrucks in der Common-Rail wird das Stellsignal vom Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung eines Druckbegrenzungsventils abgeleitet, das an die Common-Rail angeschlossen ist. Über dieses Stellsignal wird der Vorförderdruck bzw. die der Hochdruckpumpe zur Verfügung stehende Vorfördermenge im Sinne einer Einregelung des Drucks in der Common-Rail beeinflußt.

Claims

Regelung für ein Druckfluid-Versorgungssystem, insbesondere für den Hochdruck in einem Kraftstoff-Einspritzsystem beispielsweise für eine Dieselbrennkraftmaschine, mit der der Druck in einer gemeinsamen, von einer Hockdruckpumpe gespeisten Hochdruckleitung (12; 312; 412; 512), an die einzelne Verbraucher, insbesondere Einspritzdüsen angeschlossen sind, entsprechend der momentanen Druckfluidanforderung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Systems, insbesondere der Dieselbrennkraftmaschine eingeregelt wird, wobei der Hockdruckpumpe (10; 310; 410; 510) zur Anpassung des Drucks in der gemeinsamen Hochdruckleitung an den Druckfluidbedarf der Verbraucher eine Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung zugeordnet ist, die zumindest ein Stellelement hat, welches mittels eines die momentane Druckfluidversorgungssituation in der gemeinsamen Hochdruckleitung wiedergebenden Stellsignals (P28B) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal von einer physikalischen Größe abgeleitet ist, die sich entsprechend dem Fluidmengendurchsatz in der Ablaufleitung (28; 128; 228; 328; 428; 528) eines an die gemeinsame Hochdruckleitung (12; 212; 312; 412; 512) angeschlossenen, vorzugsweise einstellbaren Druckbegrenzungsventils (30; 130; 230; 330; 430; 530) verändert.
Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal von einem Staudruck stromauf einer Staudrossel (32; 132; 332; 432; 532) in der Ablaufleitung abgeleitet ist.
Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal von der Temperatur in der Ablaufleitung (228) abgeleitet ist.
Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal von einer Bewegungsgröße des Druckbegrenzungsventils abgeleitet ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung von einer Saugdrosseleinrichtung (22; 122; 222) gebildet ist, die der Hockdruckpumpe (10; 110; 210) vorgeschaltet ist.
Regelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdrosseleinrichtung (22; 122; 222) eine einzige Saugdrossel aufweist, die im Zulauf der Hockdruckpumpe (10; 110; 210) liegt.
Regelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdrosseleinrichtung eine der Anzahl der Verdränger der Hockdruckpumpe entsprechende Zahl von Saugventilen aufweist, die in der jeweiligen Zulaufleitung des Verdrängers der Hockdruckpumpe (10; 110; 210) liegen.
Regelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventile sequentiell ansteuerbar sind.
Regelung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdrosseleinrichtung zumindest ein Saugdrosselventil (22; 122; 222) mit einem Ventilkörper aufweist, der mittels des Stellsignals gegen eine Rückstellkraft (24) verschiebbar ist.
Regelung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugdrosselventil (22; 122; 222) von einem stetig verstellbaren Wegeventil gebildet ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung zumindest ein Stellelement (536; 637) aufweist, mit dem die Verdichtungsleistung der Hockdruckpumpe (510) veränderbar ist.
Regelung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verdränger (352) der Hockdruckpumpe (310) ein Stellelement (356, 357) zugeordnet ist.
Regelung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stellelemente (356, 357) sequentiell auf das Stellsignal (P326) ansprechen.
Regelung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (356, 357) einen Kolbenkörper (357) aufweist, der mittels des Stellsignals (P326) gegen eine Rückstellkraft (Feder 358) verschiebbar ist.
Regelung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (356) auf den Schließkörper eines Rückschlagventils (354) einer Verdrängerkammer (355) der Hockdruckpumpe (310) einwirkt.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung von einer verstellbaren Vorförderpumpe (460) gebildet ist.
Regelung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen mittels des Stellsignals veränderbar ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfördermengenbegrenzungseinrichtung von einer einstellbaren Ablaufblende (570) in einer vom Druckausgang (566) einer Vorförderpumpe (514) zu einem Niederdruckbereich (T, 568) führenden Zweigleitung (586) gebildet ist.
Regelung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufblende einen Steuerkolben (572) hat, der in Schließrichtung der Ablaufblende von einer Druckfeder (574) und in Öffnungsrichtung von einer dem Stellsignal entsprechenden Kraft (P528B) beaufschlagt ist.
Regelung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (572) eine zusätzliche Steuerkante (580) hat, über die die Ablaufleitung (528) des Druckbegrenzungsventils (530) weitgehend frei von einer Drosselung kurzfristig in einen Niederdruckbereich (T, 568) entlastbar ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypass zur Vorförderpumpe (514) ein Druckabsicherungsventil (582) angeordnet ist, dem eine Blende (584) parallelgeschaltet ist.
Regelung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabsicherungsventil von einem vorgespannten Rückschlagventil (582) gebildet ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Ablaufleitung (528B) mittels eines Sicherheitsventils (34; 134; 234; 434; 570) begrenzbar ist.
Regelung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil von einem vorgespannten Rückschlagventil (34; 134; 234; 434) gebildet ist, über das bei einer schnellen Druckentlastung der gemeinsamen Hochdruckleitung (common rail) eine gesteigerte Druckfluidmenge abströmen kann.
Regelung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal dem Staudruck entspricht.
Regelung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal mittels eines Niederdrucksensors (136) in der Ablaufleitung (128B) gewonnen wird.
Regelung nach einem der Ansprüche 3 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal mittels eines Dehnstoffthermostats (242) gewonnen wird, das in die Ablaufleitung (228B) eingegliedert ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Hockdruckpumpe (10; 310; 410; 510) von einer Radialjetpumpe gebildet ist.
Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil von einem Proportional-Regelventil (30; 130; 230; 330; 430; 530) gebildet ist.